CN101509447B - 用于增强起动性能的燃料增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于增强起动性能的燃料增压器。一种燃料系统，该燃料系统可包括与燃料源连通的辅助燃料泵、与燃料泵连通的燃料增压器、限定与辅助燃料泵连通的第一流体容积部的第一腔室、限定第二流体容积部的第二腔室以及与第二流体容积部连通的燃料喷射器。所述燃料增压器可包括活塞机构，该活塞机构具有限定第一表面积的第一侧以及限定比第一表面积小的第二表面积的第二侧。所述第一流体容积部可向活塞机构的第一侧施加比施加至第二侧的第二力大的力，从而使活塞机构产生移动。燃料喷射器可基于活塞机构的移动向发动机提供加压的燃料供应。

Description

用于增强起动性能的燃料增压器
技术领域
本公开涉及一种发动机燃料系统，更具体地涉及发动机燃料增压装置。
背景技术
该部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，因此有可能不构成现有技术。
发动机燃料系统可包括由旋转发动机部件驱动的发动机驱动燃料泵。该燃料泵可通过与凸轮轴接合而由发动机曲轴间接驱动。在发动机起动状态期间，发动机曲轴在最初几转的速度可能低于从燃料泵产生期望燃料压力所需的速度。在其中燃料以高压直接喷射至发动机气缸的直喷式燃料系统之类的燃料系统中尤其如此。
发明内容
一种燃料系统，该燃料系统可包括辅助燃料泵、燃料增压器、限定第一流体容积部的第一腔室、限定第二流体容积部的第二腔室以及燃料喷射器。所述辅助燃料泵可以与燃料源连通。所述燃料增压器可以与所述燃料泵连通，并可包括活塞机构。所述活塞机构可包括具有第一表面积的第一侧以及与所述第一侧基本相对且具有比第一表面积小的第二表面积的第二侧。所述第一流体容积部可以与所述辅助燃料泵连通，并可基于所述辅助燃料泵提供的加压燃料源向所述第一表面积施加第一流体压力，从而在所述活塞机构上产生第一力。所述第二流体容积部可向所述第二表面积施加第二流体压力，以在所述活塞机构上产生第二力，该第二力小于第一力，从而使所述活塞机构产生移动。所述燃料喷射器可以与所述第二流体容积部连通，并可基于所述活塞机构的移动而向发动机提供加压燃料供应。
一种发动机组件，该发动机组件可包括限定气缸的发动机缸体、与该气缸连通以选择性地向该气缸提供燃料流的燃料喷射器、与燃料源连通的辅助燃料泵、燃料增压器、限定第一流体容积部的第一腔室以及限定第二流体容积部的第二腔室。所述燃料增压器可以与所述辅助燃料泵连通，并可包括活塞机构。所述活塞机构可包括具有第一表面积的第一侧以及与所述第一侧基本相对且具有比第一表面积小的第二表面积的第二侧。所述第一流体容积部可以与所述辅助燃料泵连通，并可基于所述辅助燃料泵提供的加压燃料源向所述第一表面积施加第一流体压力，从而在所述活塞机构上产生第一力。所述第二流体容积部可以与所述燃料喷射器连通，并且可向所述第二表面积施加第二流体压力，以在所述活塞机构上产生第二力，该第二力小于第一力，从而使所述活塞机构产生移动。
从本文提供的描述将会清楚其他应用领域。应理解这些描述和具体实施例仅用于说明目的，而不意图限制本公开的范围。
附图说明
本文所示的附图仅用于说明目的，而不意图以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据本公开处于第一操作模式的发动机组件的示意图；
图2是处于第二操作模式的图1的发动机组件的示意图；
图3是处于第三操作模式的图1的发动机组件的示意图；以及
图4是根据本公开的可选燃料增压器的示意图。
具体实施方式
以下描述本质上仅为示例，而不意图限制本公开、应用或使用。应理解在全部附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
参照图1至图3，示意性示出了示例的发动机组件10。发动机组件10可包括与燃料系统14和控制模块16连通的发动机12。在所示实施例中，发动机12可包括限定与燃料系统14连通的多个气缸18的发动机缸体。
燃料系统14可包括燃料箱20、第一燃料泵22、第二燃料泵24、燃料增压系统26、控制阀系统28、燃料轨30、燃料喷射器31、第一管道34和第二管道36。第一燃料泵22可包括辅助燃料泵，例如提升泵，该辅助燃料泵由电机32驱动并可与燃料箱20内的燃料流体连通。第一燃料泵22可与第二燃料泵24流体连通。
第二燃料泵24可包括能被发动机12驱动的多种泵，包括但不限于摆线泵、齿轮泵以及往复泵。更具体地说，第二燃料泵24可由发动机12旋转驱动。该旋转驱动可包括与发动机12的旋转驱动部件接合，例如凸轮轴(未示出)或由发动机12提供动力而转动的任何其他部件。第二燃料泵24可经由第一管道34与增压系统26以及控制阀系统28流体连通。
增压系统26可包括壳体38、活塞40以及偏压件42。壳体38可包括相互隔离的第一腔室44和第二腔室46。第一腔室44可与第一管道34流体连通，第二腔室46可与第二管道36流体连通。
活塞40可包括第一端48和第二端50。第一端48可具有第一直径D1，该第一直径D1大于第二端50的第二直径D2。因此，第一端48的第一表面积A1可大于第二端50的第二表面积A2。可为发动机起动状态下燃料系统14内的期望燃料增压设定活塞40的第一端48和第二端50的尺寸。偏压件42可包括压缩弹簧，并可在发动机起动状态下朝第一腔室44初始偏压活塞40至图1所示的位置。
可选的是，如图4中所示，可将增压系统126结合至发动机组件10中来代替增压系统26。除了活塞140之外，增压系统126可与增压系统26基本相似。活塞140可包括其内布置有阀141的通道139，以选择性地在第一腔室144和第二腔室146之间形成连通。例如，阀141可包括当第一腔室144内的流体压力超过第二腔室146内的流体压力时标定为打开的止回阀。第一腔室144可与类似于第一管道34的第一管道134流体连通，第二腔室146可与类似于第二管道36的第二管道136流体连通。
返回图1至图3，控制阀系统28可包括与控制模块16连通的电磁阀。控制阀系统28可包括可在第一位置(参见图1和图2)与第二位置(参见图3)之间移动的阀件52。当阀件52处于第一位置时，第一管道34和第二管道36可基本相互隔离。当阀件52处于第二位置时，第一管道34和第二管道36可相互连通。
燃料轨30可与第二管道36连通。燃料喷射器31可与燃料轨30流体连通，且还可与控制模块16连通用于向气缸18内控制地喷射燃料。控制模块16可选择性地操作第一燃料泵22、致动控制阀系统28并控制燃料喷射器31的操作以在发动机起动状态下调节燃料输送。控制模块16可附加地与发动机速度传感器53连通以确定发动机12的操作速度，并与第一压力传感器55和第二压力传感器57连通以确定由第二泵24提供的燃料压力以及供应至燃料轨30的燃料压力，并因此与燃料喷射器31连通。当第一压力传感器55测得的燃料压力表明第二泵24的泵出压力大于预定压力以及/或者当发动机速度传感器53测得的发动机速度大于预定发动机速度时，控制模块16可将阀件52置于第二位置。
在当前实施例中，发动机起动状态可对应于其中第一管道34和第二管道36以及第一腔室44和第二腔室46填充有燃料且阀件52处于第一(或关闭)位置的状态。第一腔室44可限定第一容积部V1，第二腔室46可限定第二容积部V2。第一燃料泵22可由电机32提供动力，并且由于第一管道34和第一腔室44与第二管道36和第二腔室46隔离而可开始使第一管道34和第一腔室44内的燃料增压。第二燃料泵24可由发动机12驱动，并可附加地使第一管道34和第一腔室44内的燃料增压。随着第一腔室44内的压力增大，活塞40可朝第二腔室46移动(如图2所示)，从而使第二管道36和第二腔室46内的燃料增压。在发动机起动状态下，燃料喷射器31可基于由活塞40提供的加压燃料而选择性地打开以将燃料喷射至气缸18内。
第一表面积A1和第二表面积A2、第一容积部V1和第二容积部V2以及活塞40的冲程可设定为在期望时间内向燃料喷射器31提供期望燃料压力。燃料喷射器31打开的持续时间和/或频率可由控制模块16基于压力传感器57测得的压力以及/或者基于发动机速度传感器53测得的发动机速度来进行调节。例如，燃料系统14可包括直喷式燃料系统。在直喷式燃料系统中，通常向燃料喷射器31提供相对较高的燃料压力。例如，对于燃料喷射器31的期望操作来说，在10,000至15,000千帕(kPa)范围内的燃料压力是适当的。
第一燃料泵22可提供明显小于直喷式应用所需的压力。例如，第一燃料泵22可提供100至400kPa的燃料压力。在发动机起动状态期间，曲轴在最初几转的转速可能低于为第二泵24提供动力以实现期望操作压力(例如10,000至15,000kPa)所需的速度。增压系统26可用于增大提供至燃料喷射器31的压力。若增压系统26不能提供期望燃料压力，则可增大燃料喷射器31打开的持续时间和/或频率以提供期望的燃料量至气缸18。
根据活塞40的移动，第二管道36和第二腔室46内的燃料以及因此提供至燃料喷射器31的燃料可以是第一管道34和第一腔室44内的燃料压力的至少十倍，并且更具体地说大于第一管道34和第一腔室44内的燃料压力的五十倍。活塞40可移动以因第一表面积A1与第二表面积A2之间的差异而提供这一压差。施加至活塞40的第一端48的力F1可基本上等于第一腔室44内的压力P1与第一端48的第一表面积A1相乘(F1＝P1×A1)。施加至活塞40的第二端50的力F2可基本上等于第二腔室46内的压力P2与第二端50的第二表面积A2相乘(F2＝P2×A2)。
因此，第一表面积A1可以是第二表面积A2的至少十倍，更具体地说可以大于第二表面积A2的五十倍，以提供期望的燃料增压。应当理解，可以利用多种可选的表面积和压力关系来提供期望的燃料增压。一旦第二燃料泵24已达到期望的操作速度和/或一旦第一力F1和第二力F2近似彼此相等，阀件52就可向第二位置(参见图3)运动，从而在第一管道34与第二管道36之间形成连通。

Claims (20)

1.一种燃料系统，该燃料系统包括：
与燃料源连通的辅助燃料泵；
与所述辅助燃料泵连通的燃料增压器，所述燃料增压器包括活塞机构，所述活塞机构具有限定第一表面积的第一侧以及与所述第一侧基本相对且限定比第一表面积小的第二表面积的第二侧；
与所述辅助燃料泵连通且限定第一流体容积部的第一腔室，所述第一流体容积部基于所述辅助燃料泵提供的加压燃料源向所述第一表面积施加第一流体压力，从而在所述活塞机构上产生第一力；
限定第二流体容积部的第二腔室，该第二流体容积部向所述第二表面积施加第二流体压力，从而在所述活塞机构上产生第二力，该第二力小于第一力，从而使所述活塞机构产生移动；
与所述第二流体容积部连通的燃料喷射器，该燃料喷射器基于所述活塞机构的移动而向发动机提供加压的燃料供应；以及
控制阀系统，其位于所述辅助燃料泵和所述燃料喷射器之间并包括可在打开位置和关闭位置之间移动的阀机构，所述辅助泵在所述阀机构处于所述打开位置时与所述燃料喷射器流体连通并在所述阀机构处于所述关闭位置时与所述燃料喷射器隔离而不流体连通。
2.根据权利要求1所述的燃料系统，其中在所述活塞机构移动期间，所述第一流体容积部与所述第二流体容积部隔离，所述活塞机构的移动将所述第二腔室内的压力增大至第三流体压力。
3.根据权利要求2所述的燃料系统，其中所述第三流体压力是所述第一流体压力的至少10倍。
4.根据权利要求1所述的燃料系统，还包括由所述发动机驱动且位于所述辅助燃料泵和第一腔室之间的主燃料泵，该主燃料泵与所述辅助燃料泵和第一腔室连通，所述辅助燃料泵由电机驱动。
5.根据权利要求4所述的燃料系统，其中所述阀机构位于所述主燃料泵和所述燃料喷射器之间，所述主燃料泵在所述阀机构处于所述关闭位置时与所述燃料喷射器隔离而不流体连通，所述活塞机构在所述阀机构处于所述关闭位置时向所述喷射器提供加压燃料供应，直至所述主燃料泵达到预定泵出压力和预定驱动速度中的一个。
6.根据权利要求5所述的燃料系统，其中所述阀机构与所述第一流体容积部和第二流体容积部连通，在所述主燃料泵在低于所述预定泵出压力和所述预定驱动速度中的所述一个的情况下操作时，所述阀机构关闭处于所述关闭位置以阻止所述第一流体容积部和所述第二流体容积部之间的连通。
7.根据权利要求6所述的燃料系统，其中在所述主燃料泵在超过所述预定泵出压力与所述预定驱动速度中的所述一个的情况下操作时，所述阀机构处于所述打开位置以在所述主燃料泵与所述燃料喷射器之间形成连通。
8.根据权利要求7所述的燃料系统，其中所述阀机构包括根据所述主燃料泵的预定泵出压力而打开的机械阀。
9.根据权利要求7所述的燃料系统，其中所述阀机构包括根据所述主燃料泵的所述预定泵出压力和所述预定驱动速度中的所述一个而打开的电磁操作阀。
10.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述第一表面积是所述第二表面积的至少10倍。
11.一种发动机组件，该发动机组件包括：
限定气缸的发动机缸体；
与所述气缸连通以选择性地向该气缸提供燃料流的燃料喷射器；
与燃料源连通的辅助燃料泵；
与所述辅助燃料泵连通的燃料增压器，所述燃料增压器包括活塞机构，所述活塞机构具有限定第一表面积的第一侧以及与所述第一侧基本相对且限定比第一表面积小的第二表面积的第二侧；
与所述辅助燃料泵连通且限定第一流体容积部的第一腔室，所述第一流体容积部基于所述辅助燃料泵提供的加压燃料源向所述第一表面积施加第一流体压力，从而在所述活塞机构上产生第一力；
限定第二流体容积部的第二腔室，该第二流体容积部与所述燃料喷射器连通且向所述第二表面积施加第二流体压力，从而在所述活塞机构上产生第二力，该第二力小于第一力，从而使所述活塞机构产生移动；以及
控制阀系统，其位于所述辅助燃料泵和所述燃料喷射器之间并包括可在打开位置和关闭位置之间移动的阀机构，所述辅助泵在所述阀机构处于所述打开位置时与所述燃料喷射器流体连通并在所述阀机构处于所述关闭位置时与所述燃料喷射器隔离而不流体连通。。
12.根据权利要求11所述的发动机组件，其中在所述活塞机构移动期间，所述第一流体容积部与所述第二流体容积部隔离，所述活塞机构的移动将所述第二腔室内的压力增大至第三流体压力。
13.根据权利要求12所述的发动机组件，其中所述第三流体压力是所述第一流体压力的至少10倍。
14.根据权利要求11所述的发动机组件，还包括由所述发动机驱动且位于所述辅助燃料泵和第一腔室之间的主燃料泵，该主燃料泵与所述辅助燃料泵和第一腔室连通，所述辅助燃料泵由电机驱动。
15.根据权利要求14所述的发动机组件，其中所述阀机构位于所述主燃料泵和所述燃料喷射器之间，所述主燃料泵在所述阀机构处于所述关闭位置时与所述燃料喷射器隔离而不流体连通，所述活塞机构在所述阀机构处于关闭位置时向所述喷射器提供加压的燃料供应，直至所述主燃料泵达到预定泵出压力和预定驱动速度中的一个。
16.根据权利要求15所述的发动机组件，其中所述阀机构与所述第一流体容积部和第二流体容积部连通，在所述主燃料泵在低于所述预定泵出压力和所述预定驱动速度中的所述一个的情况下操作时，所述阀机构处于所述关闭位置以阻止所述第一流体容积部和所述第二流体容积部之间的连通。
17.根据权利要求16所述的发动机组件，其中在所述主燃料泵在超过所述预定泵出压力与所述预定驱动速度中的所述一个的情况下操作时，所述阀机构处于所述打开位置以在所述主燃料泵与所述燃料喷射器之间形成连通。
18.根据权利要求17所述的发动机组件，其中所述阀机构包括根据所述主燃料泵的所述预定泵出压力和所述预定驱动速度中的所述一个而打开的电磁操作阀。
19.根据权利要求11所述的发动机组件，其中所述第一表面积是所述第二表面积的至少10倍。
20.根据权利要求11所述的发动机组件，其中所述燃料喷射器直接向所述气缸内喷射燃料流。
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